(57)【要約】【課題】環状亜鉄酸塩体異方向内径方向配列磁石のプレス加工方向配列金型セットの提供。【解決手段】本考案は直流ブラシレス外部回転式モーターおよび自転車のハブ・ダイナモ(Ｈｕｂ−Ｄｙｎａｍｏ)外部回転子で使用する永久磁石に一体成型の環状亜鉄酸塩体異方向内径配列磁石のプレス金型セット関わる。製品の合理化により、各種の自転車および直流ブラシレス外部回転式回転子に応用でき、耐酸、耐アルカリ、耐湿性が強く、過酷な環境に耐えられる。さらに、本考案の磁石製品は、磁気漏れを減少し、表面磁束密度および磁場強度を向上できる長所がある。【選択図】  図５
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
その生産プロセスの順序は、粉体製造工程、造粒、プレス加工成型および方向配列、焼結、研磨および着磁検査の手順を含み、その特徴はプレス加工方向配列金型セットに少なくとも以下のものを含まれることであり、該金型セットは円孔状の収容空間を有する中型を設け、一対の軸方向にシフトしながら、プレス加工可能な上・下型を設け、その中心位置に同軸の貫通孔を設けて、収容空間の内周面に設け、円柱形に近い金型棒を上・下型の貫通孔内周面に設け、中型の円孔状収容空間内部に環状の金型孔空間を形成し、この金型棒は磁石の極数と同等数量の多極軸方向ヨークを設け、それぞれのヨークの軸方向に導電コイルを巻き付け、造粒完了後の磁粉を金型孔の空間に充填した後、上・下型は軸方向にシフトし、磁粉プレスしながら、導電コイルに電流を供給し、金型棒に磁石極数と同じ数量の多極磁場を発生させ、金型孔内の磁粉に対し、方向配列を行うことにより、プレス加工完了後の環状胚子の磁粉に多極異方性の径方向配列を特徴とする、環状亜鉄酸塩体異方向内径配列磁石のプレス金型セット。
【請求項２】
請求項１の環状亜鉄酸塩体異方向内径方向配列磁石のプレス加工方向配列金型セットにおいて、金型棒外部に磁石極数と同じ数量の複数本の軸方向ヨークを設け、すべてのヨークは軸方向に導電コイルを巻き付けることを特徴とする、環状亜鉄酸塩体異方向内径配列磁石のプレス金型セット。
【請求項３】
請求項１の環状亜鉄酸塩体異方向内径方向配列磁石のプレス加工方向配列金型セットにおいて、金型棒の外径はさらに非磁性超硬合金を設け、放熱グルーを充填することを特徴とする、環状亜鉄酸塩体異方向内径配列磁石のプレス金型セット。
【請求項４】
請求項１の環状亜鉄酸塩体異方向内径方向配列磁石のプレス加工方向配列金型セットにおいて、金型棒内部に水循環システムを設けることを特徴とする、環状亜鉄酸塩体異方向内径配列磁石のプレス金型セット。
【請求項５】
プレス成型加工および方向配列の生産プロセスにおいて、プレス金型セットは円孔状の収容空間の非導磁性中型を設け、一対の収容空間内部に設け、中心貫通孔を有する上・下型、および貫通孔内周面に設ける円柱形に近い金型棒を設ける、中型、上・下型および金型棒を組合せた後に、造粒完成後の磁粉を充填するため、中型の円孔状収容空間内部に環状金型孔空間を形成し、金型棒は磁石極数と同じ数量の多極磁場を発生し、上・下型がプレス金型セット空間内に移動し磁粉をプレスするとき、金型棒上の多極磁場は内層の磁粉に対して、方向配列を行い、プレス加工完了後の環状胚子の外層場所に方向配列されていない状態にすることを特徴とする環状亜鉄酸塩体異方向内径方向配列磁石のプレス加工方向配列金型セット。
【請求項６】
請求項５の環状亜鉄酸塩体異方向内径方向配列磁石のプレス加工方向配列金型セットにおいて、その金型棒の外部に磁石極数と同じ数量の多極軸方向ヨークを設け、すべてのヨークの軸方向に導電コイルを巻き付け、金型棒に磁石極数と同じ数量の多極垂直磁場を発生することを特徴とする、環状亜鉄酸塩体異方向内径配列磁石のプレス金型セット。
【請求項７】
請求項５の環状亜鉄酸塩体異方向内径方向配列磁石のプレス加工方向配列金型セットにおいて、その環状胚子着磁により、内周面に磁性を帯び、外周面に磁性を帯びないことを特徴とする、環状亜鉄酸塩体異方向内径配列磁石のプレス金型セット。
【請求項８】
一体成型および方向配列後の環状胚子、その壁に内層方向配列層と外層導磁層を形成し、着磁した後は、内周面に磁性を帯び、外周面に磁性を帯びない環状磁石構造を形成することを特徴とする環状亜鉄酸塩体異方向内径方向配列磁石のプレス加工方向配列金型セット。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は主に外部回転式発電機に使用する永久磁石、特に自転車ハブ・ダイナモ(Ｈｕｂ−Ｄｙｎａｍｏ)またはその他外部回転式発電機および直流ブラシレス外部回転式モーターに適する一種の一体成型の環状亜鉄酸塩異方向内径配列磁石のプレス金型セットを提供する。
【背景技術】
【０００２】
自転車は休養娯楽および交通工具に広くしようしている。今は自動車全盛期とは言え、自転車はなお多くの人に愛用されている。特に、分解、組み立て、修理が簡単などの点からその他の交通工具が比べることができないものである。特に、自転車部品の発電機と照明灯セットは、人工と機構設計を巧みに結合し、石油などのエネルギー消費を取り代わることができるほか、環境と景観を保護できる。この種の代替え性エネルギーは、環境保護を兼ねた代替えエネルギーは、現在世界中の科学者が全力に研究している目標である。
【０００３】
自転車灯発電機の原理は、１８２０年にオースト氏が導線に電気を導通したとき、導線の近傍にあった針金の振動現象から、電流は磁気を発生することがその発端でした。１８３１年ファラデー氏は回転する磁石と固定するコイルを一体化したものを開発し、それがファラデー誘導法則である。しかし、コイルで生成された電流の応用は、１８３２年ピクシ（ＰｉｋｕＳｈｉ）により開発されたはずみ車手動発電機である。早期の自転車電灯はこの設計に基づいたものである。
【０００４】
図１に示すとおり、従来の自転車発電機は瓶形状に近いケース１内部に環状固定子を設け、その環状固定子２内部は、さらに円柱形亜鉄酸塩体の内部回転子３を設け、この内部回転子３は受動摩擦輪４に接続し、摩擦輪ケース１外部より、自転車タイヤー５の側面に接触する。受動摩擦輪４と自転車タイヤー５側面との摩擦により回転する共に、内部回転子３を回転させ、Ｎ/Ｓ磁極を発生し交代にシフトし、環状固定子２コイルが誘導され、交流電気を発生する。この交流電源の正負極を車灯６に接続することにより、車灯６より発光する。この発電機と車灯は自転車部品において自転車灯具セットをいう。
【０００５】
前記の自転車ハブ・ダイナモはその後、様々な形状、電圧とワット数が開発されたが、基本的な動作と構造は同じである。内部回転子は外周面に２８極を着磁した永久磁石を使用し、亜鉄酸塩体/硬質等方性およびクロム、ニッケル、コバルト(Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ)系の磁石である。しかし、九割以上が前者のものを使用する、その理由は廉価で、物性が良いところにある。ただし、欠点として、磁気特性は後者より劣る。
【０００６】
この種の発電機は前輪または後輪タイヤー両側と受動摩擦輪４の摩擦により、磁石に設けた内部回転子を回転駆動するため、自転車騎乗車の力に負担が掛かるほか、タイヤーの磨耗が速くなり、使用寿命を低下する。
【０００７】
１９９５年ごろ、科学者は前記公知技術の自転車発電機の欠点に対して、重大な改革を行なった。その種の発電機はハブ・ダイナモ(Ｈｕｂ− Ｄｙｎａｍｏ)と言い、その長所は、従来品より省力で、かつ、ブレーキディスクが追加できる。
【０００８】
前記のハブ・ダイナモ発電機の原理は、前記の公知技術の内部回転子を外部回転子に変更し、誘導コイルの固定子は自転車の心軸に固定している。その構造は図２に示すとおり、アルミケース７は車輪の心軸外周面のハブ(Ｈｕｂ)に取り付ける態様である。その周りに針金を固定するための孔を設け、銅線と車輪のホイルリムに接続および固定する。アルミケ―ス７内部に中空円形状を設け、その内周面に環状永久磁石８を設け、永久磁石８は車輪とともに回転する外部回転子を形成し、誘導コイルの固定子は自転車の心軸に固定する。
【０００９】
従来の発電機との違いは、内部回転式発電機の内部回転子はタイヤー外側との摩擦により、回転することに対して、内部回転式発電機の内部回転子はタイヤー外側との摩擦により、回転を駆動する。タイヤーの一回転分に対し、内部回転子は百回を回転する。よって、内部回転子の磁気を弱くし、極数も少なくしても、等方性の亜鉄酸塩磁気体でもって、需要を満たせる。しかし、ハブ・ダイナモは自転車前輪または後輪の心軸外周面に取り付けるため、その回転速度とタイヤーの同期（タイヤーが一回転すると、回転子も一回転する）しているため、その外部回転子は特性の良い磁気材料から磁石を作る必要がある。また、必要な磁石数も沢山使用することにより、回転回数が従来の内部回転子より少ない条件であっても、誘導コイルより車灯に必要な発光電源の供給を実現する。
【００１０】
前記の条件制限から、現在ハブ・ダイナモの外部回転子材料のほとんどは、ネオジム磁石(Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ)シリーズである。その材料は、９４％のネオジムと６％のナイロン(ｎｙｌｏｎ)を混合し、射出成型機により、環状体に成型した後、環状体内面に着磁（着磁ヨークを新たに製作必要がある）し、２８極の環状磁石を形成する。その材料特性は設計規格の走行時速５キロ以上のとき、６Ｖ、３Ｗの６５％、時速３０キロのとき、１００％を達成できる。しかし、材料コストが高いため、ネオジム(Ｎｄ)は生産量が少ない稀少金属に加えて、生産プロセスが難しいことから、完成品の価格が非常に高いである。
【００１１】
ある業者は図３に示すとおり、亜鉄酸塩体/異方性/湿式によるプレス加工方式の磁石でもって、前記のネオジムシリーズに代わり、コストを軽減している。この種の湿式プレス加工方式によって、生産する異方性亜鉄酸塩体磁石のコストは軽減されるものの、現時点の生産技術には、図示した半月形異方性亜鉄酸塩体磁石を生産することはできるが、（後述のとおり）ネオジムシリーズ磁石のように一体化成型により、環状磁石を生産することができない。よって、半月形異方性亜鉄酸塩体を図示した環状の永久磁石８を作るため、少なくとも３枚以上を使用しない限り、ハブ・ダイナモ(Ｈｕｂ− Ｄｙｎａｍｏ)が使用する環状体に組み立てることができない。図示のものは、４枚の半月形異方性亜鉄酸塩体磁石より組みあわせたものである。
【００１２】
公知技術における３枚以上の半月形異方性亜鉄酸塩体より作られた永久磁石８は、以下の重大な欠点がある。
１.  組み立てするとき、磁石と磁石間にエアギャップを形成し、磁気漏れ易いため、環状の永久磁石にコギング(ｃｏｇｇｉｎｇ)を発生する。
２.  環状永久磁石は複数の半月形磁気片より構成するため、組み立て加工のとき、手間が掛かるほか、内部の真円度も劣る。
３.  ネオジムによる射出成型方式の磁石表面磁束の密度は２１００〜２３００ガウスに対して、亜鉄酸塩体より作られた磁石は、１６５０〜１９５０ガウスしかなく、磁気力はやや不足している。
４.  亜鉄酸塩体の焼結温度はおよそ１２４０oＣ前後にし、焼結するときに磁石の厚みは破裂を避けるため、薄すぎてはならない。よって、環状磁石に組み立てた後、磁石の外径が大きくなり、ハブ・ダイナモのアルミケースの体積も大きくなる。
５.  前記の磁気漏れ、コギング、磁気力の不足、外形が大きいなど、種々の問題が抱えているため、現時点この種の半月形異方性亜鉄酸塩体より組み立てた環状永久磁石は、いまなお認証を取得できない。商品の付加価値面での競争力も少ない。
【００１３】
そして、半月形異方性亜鉄酸塩体より組み立てた環状磁石は、価格面以外の長所は見いだせない。しかし、その物性はネオジムシリーズ磁石に比べて、遥かに優れるほか、温度範囲、耐湿性、耐酸、耐アルカリ性の要求が高い、運動形自転車マウンテン・バイクにとって、極めて良い材料の選択である。さらに、亜鉄酸塩体材料は、主に銅板の酸洗工程における回収物(ｍｉｌｌ− Ｓｃａｌｅ)より作られるため、環境対策を配慮した再生部材に当たる。よって、このような材料をハブ・ダイナモに必要な環状永久磁石を製造でき、しかも、磁気漏れを減少し、表面磁束密度および磁場強度を向上させ、組み立てにおける工程数を少なくできる場合、ハブ・ダイナモに革命的な影響を与えることに違いない。これは本考案人が本考案の構造を考案した主因であった。
【００１４】
本考案者は絶えずに研究した結果、前記の問題点の所在は、半月形異方性亜鉄酸塩体環状磁石加工の困難度、コギングおよび磁気力不足などの問題が起こったため、体化成型により、要求を満たす亜鉄酸塩体環状磁石の生産ができないことを突き止めた。
【００１５】
しかし、亜鉄酸塩体環状磁石が一体化成型できない主因は、ネオジム磁石のように、射出成型した後に、着磁させるのに対し、亜鉄酸塩体磁石の生産工程は磁粉をプレス加工により、磁気体に配列した後、その磁気体を着磁させ、永久磁石に作り上げる。よって、胚子がその後の着磁工程で必要な異方性永久磁石に作り上げるため、磁粉を環状胚子にプレス加工する同時に、金型孔内の磁粉を方向配列しなければならない。現時点の製造技術及び金型設計技術にとって、プレス加工するときに、工作物の外径に軸方向配列を行なわなければならない。よって、半月形の胚子のみがプレス加工と同時に方向配列できる。プレス加工に環状金型を用いて、公知の方向配列方法を使用し、プレス加工した後の環状胚子の方向配列位置と必要な加工面の位置が異なるため、着磁した後も使用できない。この点は、業界が多くの長所を有する亜鉄酸塩体磁石を環状に一体成型できない主因である。
【００１６】
さらに、前述のとおり、単なる磁力特性で見た場合、亜鉄酸塩体材料はネオジムシリーズ材料の特性より劣る。従って、一体化成型の生産技術をさらに研究改善が必要のほか、環状磁石体の磁気力を最大限に発揮させることができれば、生産量が少ない、高価格のネオジムシリーズ磁石を取り代わって、産業の進歩を促進できる。
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【００１７】
本考案の主要な目的は、以下の特徴を有する直流ブラシレス外部回転式モーターおよび自転車ハブ・ダイナモ(Ｈｕｂ− Ｄｙｎａｍｏ)の外部回転子に使用する永久磁石に、一種の環状亜鉄酸塩体異方向内径配列のプレス金型セットを提供する。
中型、その中型に円孔状の収容空間を設ける、
一対の軸方向に移動しプレス加工可能な上・下型を設け、上・下型は円筒状に近い。その中心位置に同軸の貫通孔を設け、その外径は中型収容空間の内径より小さく、収容空間の内周面に収容される。および、
円柱形に近い金型棒を設け、上・下型貫通孔の内周面に設けて、その外部に磁石の極数と同じ数量の多極軸方向ヨーク(Ｙｏｋｅ)を設け、すべてのヨークに軸方向の誘導コイル巻線を設ける、
前記の中型、上・下型および金型棒により、中型の円孔状収容空間内部に環状の金型孔空間を設け、造粒完成後の磁粉を充填する。上・下型が軸方向に移動し、磁粉をプレス加工、誘導コイルに電流供給するとき、金型棒に磁石極数と同じ数量の垂直磁場を発生する。かつ、隣り合う磁力線は磁気回路を構成する。さらに、複数のヨークとコイルより発生する磁場により、金型孔内部の磁粉に内径方向配列を行い、プレス加工後の環状胚子の磁粉に多極を有する異方向径方向配列を形成する。
【００１８】
本考案における前記特徴の目的は、中型、上・下型および金型棒より組みあわせた金型セットが軸方向に移動し、磁粉をプレス加工し、金型棒の導電コイルに電流供給するとき、磁粉をプレス加工により一体化成型と同時に、正確な径方向配列を完成し、環状亜鉄酸塩体異方向磁石の生産プロセス全体が一体化になり、磁気漏洩を減少できる。
【００１９】
本考案の環状亜鉄酸塩体異方向内径配列磁石のプレス金型セットは、少なくとも円孔状の収容空間を設ける非導通形中型、一対の収容空間内部に設け、中心貫通孔の上・下型、および貫通孔内周面に設ける円柱形に近い金型棒を設ける。そのうち、中型、上・下型と金型棒を組みあわせた後、磁粉造粒完成後を充填するため、円孔状の収容空間内部に環状金型孔空間を設ける。さらに、金型棒は磁石の極数と同じ数量の多極磁場を形成し、隣り合う磁力線は、互いに磁気回路を構成する。上・下型が軸方向に移動し、金型孔内部の磁粉をプレス加工するとき、金型棒の多極磁場により、内部で軸方向配列を行い。さらに、非導磁性中型は外周に設け、回路は磁粉充填の外周面全部を通過させない。プレス加工後の胚子外層に方向配列されていない状態を維持する。
【００２０】
本考案方向配列プレス金型セット前記の特徴により、非導磁性中型の制限により、金型棒と磁石の極数と同じ数量の多極磁場により、磁粉を内面より径方向配列を行なうとき、その磁力線の磁気回路が短く、プレス加工後の環状胚子の内層のみ方向配列を施し、外層は方向配列していない状態となる。着磁した環状磁石は内周面に磁気を帯び、外周面に磁性を帯びない構造の目的を実現する。
【００２１】
本考案もう一つの目的は、一種の亜鉄酸塩体環状異方向内径方向配列構造を提供し、その磁石は粉体生産工程、造粒、プレス加工および方向配列、焼結、研磨および着磁検査などの工程により、生産される。その特徴として、造粒完成後の磁粉は一体化プレスにより環状胚子を成型し、方向配列した上、その壁に内部方向配列層と外部方向配列層を設ける。この内部方向配列層は径方向配列により、複数の異方向配列を形成し、内周面に磁気を帯び、外周面に磁性を帯びない環状磁石の構造を設ける。
【００２２】
前記の本考案の環状亜鉄酸塩体異方向内径方向配列磁石の構造において、内層の方向配列層は着磁した後に磁気を帯び、ただし、外層の磁気誘導層は磁気を帯びない。外層導磁層の亜鉄酸塩体材料を形成する。その磁気誘導性が極めて良く、磁性を帯びた内部方向配列層の磁力線は外層導磁層を通過し折り返す。本考案の磁石構造の内層面の磁気回路を短く、磁気力を強くする。そして、発電機の外部回転子に使用するとき、磁気エネルギーを向上し、磁気特性を最大限に発揮する目的を実現できる。
【００２３】
さらに、本考案により、製造された環状亜鉄酸塩体異方向内径方向配列磁石は、自転車のハブ・ダイナモ(Ｈｕｂ− Ｄｙｎａｍｏ)、またはその他外部回転式発電機のほか、直流ブラシレス外部回転式モーターの環状磁石にも適している。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
請求項１の考案は、その生産プロセスの順序は、粉体製造工程、造粒、プレス加工成型および方向配列、焼結、研磨および着磁検査の手順を含み、その特徴はプレス加工方向配列金型セットに少なくとも以下のものを含まれることであり、該金型セットは円孔状の収容空間を有する中型を設け、一対の軸方向にシフトしながら、プレス加工可能な上・下型を設け、その中心位置に同軸の貫通孔を設けて、収容空間の内周面に設け、円柱形に近い金型棒を上・下型の貫通孔内周面に設け、中型の円孔状収容空間内部に環状の金型孔空間を形成し、この金型棒は磁石の極数と同等数量の多極軸方向ヨークを設け、それぞれのヨークの軸方向に導電コイルを巻き付け、造粒完了後の磁粉を金型孔の空間に充填した後、上・下型は軸方向にシフトし、磁粉プレスしながら、導電コイルに電流を供給し、金型棒に磁石極数と同じ数量の多極磁場を発生させ、金型孔内の磁粉に対し、方向配列を行うことにより、プレス加工完了後の環状胚子の磁粉に多極異方性の径方向配列を特徴とする、環状亜鉄酸塩体異方向内径配列磁石のプレス金型セットとしている。
請求項２の考案は、請求項１の環状亜鉄酸塩体異方向内径方向配列磁石のプレス加工方向配列金型セットにおいて、金型棒外部に磁石極数と同じ数量の複数本の軸方向ヨークを設け、すべてのヨークは軸方向に導電コイルを巻き付けることを特徴とする、環状亜鉄酸塩体異方向内径配列磁石のプレス金型セットとしている。
請求項３の考案は、請求項１の環状亜鉄酸塩体異方向内径方向配列磁石のプレス加工方向配列金型セットにおいて、金型棒の外径はさらに非磁性超硬合金を設け、放熱グルーを充填することを特徴とする、環状亜鉄酸塩体異方向内径配列磁石のプレス金型セットとしている。
請求項４の考案は、請求項１の環状亜鉄酸塩体異方向内径方向配列磁石のプレス加工方向配列金型セットにおいて、金型棒内部に水循環システムを設けることを特徴とする、環状亜鉄酸塩体異方向内径配列磁石のプレス金型セットとしている。
請求項５の考案は、プレス成型加工および方向配列の生産プロセスにおいて、プレス金型セットは円孔状の収容空間の非導磁性中型を設け、一対の収容空間内部に設け、中心貫通孔を有する上・下型、および貫通孔内周面に設ける円柱形に近い金型棒を設ける、中型、上・下型および金型棒を組合せた後に、造粒完成後の磁粉を充填するため、中型の円孔状収容空間内部に環状金型孔空間を形成し、金型棒は磁石極数と同じ数量の多極磁場を発生し、上・下型がプレス金型セット空間内に移動し磁粉をプレスするとき、金型棒上の多極磁場は内層の磁粉に対して、方向配列を行い、プレス加工完了後の環状胚子の外層場所に方向配列されていない状態にすることを特徴とする環状亜鉄酸塩体異方向内径方向配列磁石のプレス加工方向配列金型セットとしている。
請求項６の考案は、請求項５の環状亜鉄酸塩体異方向内径方向配列磁石のプレス加工方向配列金型セットにおいて、その金型棒の外部に磁石極数と同じ数量の多極軸方向ヨークを設け、すべてのヨークの軸方向に導電コイルを巻き付け、金型棒に磁石極数と同じ数量の多極垂直磁場を発生することを特徴とする、環状亜鉄酸塩体異方向内径配列磁石のプレス金型セットとしている。
請求項７の考案は、請求項５の環状亜鉄酸塩体異方向内径方向配列磁石のプレス加工方向配列金型セットにおいて、その環状胚子着磁により、内周面に磁性を帯び、外周面に磁性を帯びないことを特徴とする、環状亜鉄酸塩体異方向内径配列磁石のプレス金型セットとしている。
請求項８の考案は、その特徴は、一体成型および方向配列後の環状胚子、その壁に内層方向配列層と外層導磁層を形成し、着磁した後は、内周面に磁性を帯び、外周面に磁性を帯びない環状磁石構造を形成することを特徴とする環状亜鉄酸塩体異方向内径方向配列磁石のプレス加工方向配列金型セットとしている。
【考案の効果】
【００２５】
本考案は直流ブラシレス外部回転式モーターおよび自転車のハブ・ダイナモ(Ｈｕｂ−Ｄｙｎａｍｏ)外部回転子で使用する永久磁石に一体成型の環状亜鉄酸塩体異方向内径配列磁石のプレス金型セット関わる。製品の合理化により、各種の自転車および直流ブラシレス外部回転式回転子に応用でき、耐酸、耐アルカリ、耐湿性が強く、過酷な環境に耐えられる。さらに、本考案の磁石製品は、磁気漏れを減少し、表面磁束密度および磁場強度を向上できる長所がある。
【考案を実施するための最良の形態】
【００２６】
図４に示すものは、本考案はブラシレス外部回転式モーターおよび自転車用ハブ・ダイナモ(Ｈｕｂ− Ｄｙｎａｍｏ)またはその他外部回転式発電機の外部回転子に使用する永久磁石に対し、一種の環状亜鉄酸塩体異方向内径配列磁石および改良金型の構造を提供する。その生産プロセスは、粉体製造工程、造粒、プレス成型、および方向配列、焼結、研磨および着磁、検査の手順を含まれる。以下のとおり、概略説明する。
【００２７】
（１）粉体製造工程
公知技術の異方向Ｓｒ-フェライト(Ｓｒ−Ｆｅｒｒｉｔｅ)シリーズ仮焼部材をボールミルにて、必要の粒径になるまで玉入り研磨する。玉入り研磨するときに、酸化珪素(ＳｉＯ2)、炭酸カルシウム(ＣａＣＯ3)、酸化コバルト(ＣｏＯ)、および三酸化クロム(Ｃｒ2Ｏ3)などを加えて、必要な亜鉄酸塩体磁石の材料特性を得る。乾式成型方式を採用するため、玉入り研磨(Ｂａｌｌ− Ｍｉｌｌ)した後の原料は、プレスフィルタ(Ｆｉｌｔｅｒ Ｐｒｅｓｓ)により水ろ過、乾燥、細分化などの工程を施す。
【００２８】
（２）造粒技術
造粒する前の粉末粒径は、約０.８μｍ前後のため、この細かい粉末を金型に充填することが難しい。しかし、造粒後、成型および方向配列のとき、スピン(Ｓｐｉｎ)の反転が難しく、方向配列ができないことから、着磁特性が劣るため、結合剤を使用することが極めて重要である。方向配列効果をえるための好ましい結合剤条件は、磁場を方向配列する瞬間に粉末の粒子を砕けた上分散しておく、磁気特性の予期効果に達成させる。本考案において、結合剤はパラフィン(Ａｃｒａｗａｘ)とステアリン酸カルシウムを混合したものを使用する。
【００２９】
引き続きに、亜鉄酸塩体結晶体と様々な方向配列関係を説明する。焼結後、方向配列面の収縮率は２０−２２％で、一方、非方向配列面の収縮率は１２.５〜１３.５％、両者の開きが大きいため、両極間の方向配列面と非方向配列面にクラックが発生しやすい。製造に当たり、原料または添加剤もしくは生産プロセスで、両者間の収縮率を知事メルか、あるいはその差を小さくすることも解決すべき問題点である。
【００３０】
現時点の比較的、有効、かつ、優しい生産プロセスとして、パラフィン(Ａｃｒａｗａｘ)原料を磁場方向配列により成型した上、成型後の塊状物質を砕けて、粉末篩い機によって篩った後、必要は粒度を取得する。この方法を方向配列法の一次方向配列という。磁粉は磁場により方向配列した上、塊状に成型することにより、原則として、粉体の密度が増加する。第二回成型の胚子により方向配列されるが、このとき、磁場でもって、顆粒をすべて分散することは、事実上不可能である。しかし、すべての顆粒を粉末に砕けなくても、形成した磁気区域はそれぞれの小さい磁気区域を形成し、特性に対する影響はあまり大きくない。第一回方向配列された粉末は、外力の圧迫により、焼結工程でその収縮率を減少し、方向配列面は１５.５〜１６.５％に収縮するため、非方向配列面の１２.５〜１３.５％収縮率差が小さくなる。よって、磁石の焼結工程における破損率を降下できる。
【００３１】
（３）プレス成型と方向配列
ハブ・ダイナモで使われていた発電原理は、外部回転式回転子を使用するため、環状永久磁石の内径部にまず着磁する必要がある。このため、金型の方向配列極数を製品の極数に合わせなければならない。現時点ハブ・ダイナモで使用する磁石数は２８極である。前記のとおり、従来の製造工程において、磁粉を環状胚子にプレス加工と同時に、金型孔内部に収容した磁粉を方向配列必要がある。しかし、公知の製造および金型設計技術では、半月形にプレス加工された胚子のみ、磁粉を外径部より軸方向の方向配列ができる。本考案において、造粒した後の磁粉を金型に充填した後、金型セットは磁粉を一体化成型し、環状胚子にプレス加工と同時に、磁粉に対して、多極異方性径方向配列を行なわないと、その後の着磁、検査工程完了後、必要な環状亜鉄酸塩体環状異方性内径方向配列の磁石が得られない。
【００３２】
本考案を実施するとき、図５、６に示すとおり、プレス成型および方向配列のプレ金型セットは以下の部品を含まれる。
中型１０、その中型１０に円孔状の収容空間１１を設ける、
一対の軸方向に移動およびプレス可能な上・下型２０、３０を設け、この上・下型２０、３０は楕円筒状に近い、その中心位置に同軸の貫通孔２１、３１を設ける。その外径は中型１０収容空間１１の内径より大きく設け、収容空間１１の内周面に設ける、
外部に円柱形に近い金型棒４０(Ｃｏｒｅ−Ｒｏｄ)を上・下型２０、３０の貫通孔２１、３１の内周面に設け、その外部に磁石の極数と同じ数量の複数の軸方向ヨーク４１(Ｙｏｋｅ)を設ける。すべてのヨーク４１の軸方向誘導コイル４２の捲線を設ける、
前記の中型１０、上・下型２０、３０および金型棒４０により、中型１０の円孔状収容空間１１内部に環状の金型孔空間を設け、造粒完成後の磁粉５０を充填する。上・下型２０、３０が軸方向に移動し、磁粉５０をプレス加工、誘導コイル４２に電流供給するとき、金型棒４０に磁石極数と同じ数量の垂直磁場を発生する。かつ、隣り合う磁力線は磁気回路を構成する。さらに、複数のヨークとコイルより発生する磁場により、金型孔内部の磁粉５０に内径方向配列を行い、プレス加工後の環状胚子の磁粉に多極を有する異方向径方向配列を形成する。
【００３３】
本考案を実施するとき、中型１０の材質は非導磁性部材が好ましい。金型棒４０より磁石の極数と同じ数量の磁場を発生し、磁粉５０に対し、軸方向配列を行なうとき、非導磁性中型１０は外周面を通過するため、磁気回路が短く、充填磁粉５０全体の外周面を通過していない。プレス加工後の環状胚子６０は、図７に示すとおり、内周面のみに方向配列を施し、内層方向配列層６１を形成し、外層は方向配列がない状態の外層導磁層６２となる。その目的は、着磁後の環状磁石は内周面に磁気を帯び、外層に磁気を帯びない構造を形成する。このような構造の長所は後で説明する。
【００３４】
強調することは、前記の本考案における環状金型を使用したプレス加工は、金型棒４０に磁石の極数と同等数量の磁場を発生させなければならない。よって、金型棒４０に２８極の方向配列ヨーク４１(Ｙｏｋｅ)を取り付けた上、極ごとのヨーク４１に捲線を行い、すべての極のヨーク４１とも、４０００ガウスの磁束密度を発生し、磁粉の完全な方向配列を図る。
【００３５】
本考案を実施において、電気導通するとき、コイルがヨーク４１より抜けることを避け、振動によるコイル４２絶縁破壊を防止するため、金型棒４０の外径に非磁性超硬合金を追加取り付け、放熱グルーを充填することにより、振動によるコイル絶縁の破壊を防止するほか、金型棒４０の表面磨耗を軽減できる。
【００３６】
さらに、金型棒４０は環状金型孔空間の中心位置内に設けるため、金型棒４０に限られた空間に２８極の捲線ヨーク４１を設けて、強力な印加電流を受け持って、充足な磁場を発生し、方向配列を実現することには、金型棒４０内に水循環システムを設け、氷水機による冷却を行なう。
【００３７】
このほか、すべてのヨーク４１のコイル４２の捲線方式と線径太さは、模擬磁気回路および磁場強度の基礎理論基礎に基づくものとする。
【００３８】
（４）焼結
プレス加工完了の環状胚子６０は焼結することにより、原料の結晶体を固定させ、決勝組織を形成し、図８に示す環状焼結磁気体７０を作り出す。焼結するときは、トンネル式焼結炉を使用し、環状胚子をマガジンに入れた後、仕込み工具により、炉内に仕込む。炉内向温帯の温度は、通常１２３５〜１２４５oＣにおいて、１時間保持し、炉長約２０メートルとする。ここで注意することは、胚子６０の置き方、炉内の升温曲線および焼結炉内の温度曲線と仕込み速度などの関連性である。もし、その組合せに間違いがあったら、磁石の破損や特性不良が発生する。
【００３９】
焼結後の環状焼結磁気体７０は、内層方向配列層６１は方向配列面で、外層導磁層６２を非方向配列面とし、両者の収縮率が異なる。よって、焼結後の焼結磁気体７０工作物は、図８に示すとおり、内歯車の外観に類似する。
【００４０】
（５）研磨
前記のとおり、焼結後の環状焼結磁気体７０工作物は図８に示すとおり、内歯車の外観に類似する。その内径は真円までに研磨し、外径、高さを加工する。すなわち、工作物の研磨箇所は、外径、内径、高さの３カ所がある。
【００４１】
当然ながら、それぞれの研磨面は、それぞれの専用機械で加工するが、キーポイントは内径の研磨仕上げ技術である。内径は歯車形状のため、研磨自体が難しい。さらに、極異方向配列は磁石表面のみ、研磨代が多すぎると、方向配列層は削られてしまい。磁気エネルギーの蓄えが多くない。もし、少なかった場合、歯車形状の痕跡は磁石内周面に取り残される。
【００４２】
このほか、同軸度も非常に重要である。内径と外径は、それぞれ異なる工作機械で研磨されるため、外径を研磨してから、外径の円を基準として、内径を研磨する。その後、外径の円を基準として、高さの研磨を行なう。磁石全体の同軸度と垂直度は、すべて０.１ｍｍ範囲に納めるものとする。
【００４３】
（６）着磁と検査
図９に示すとおり、前記の環状胚子は焼結後、環状焼結磁気体７０となる。内層のみの方向配列を行い、外層は方向配列を行なわない状態にし、その壁に形成する内層方向配列層６１、および外層磁気伝導層６２を形成する。そのうち、内層方向配列層６１は前記のとおり、径方向により複数極異方性方向配列を行なう。よって、環状焼結磁気体７０は着磁加工後、内周面に磁気を帯び、外周面に磁性を帯びない環状磁石構造を形成する。
【００４４】
この構造の特徴として、内層方向配列層６１が着磁した後、磁気を帯びに対し、外層導磁層６２は磁気を帯びない。しかし、外層導磁層６２は磁気を帯びないが、亜鉄酸塩体磁石材料の導磁特性が極めて良いため、磁気を帯びた内層方向配列層６１の磁力線は外層導磁層６２で折り返して、環状磁石構造の内層磁気回路が短く、磁力が強くなる。発電機の外部回転子に使用するとき、磁気エネルギーを向上し、磁力特性を最大限に発揮できる。ネオジムシリーズ複合材料と半月形片状亜鉄酸塩体磁石と違って、磁石外径の鉄片と空気を経た後、内面固定子ヨークと磁気回路を構成する。この種の磁力線の損失は極めて大きい。
【００４５】
着磁検査の設備は公知技術のものを用いて、着磁ヨークと着磁機械で磁石の着磁に使用し、検査は波形プロッターにガウスメータ(Ｇａｕｓｓ−Ｍｅｔｅｒ)との組合せ品、ジグと磁束メーター(Ｆｌｕｘ− Ｍｅｔｅｒ)を用いる。このほか、材料特性の測定は磁化曲線(Ｂ−Ｈ Ｃｕｒｖｅ Ｔｒａｃｅｒ)トレサーを使用する。まず、設計された着磁ヨークでもって、着磁させる。ヨークと着磁機械両者条件の組合せは、磁石を飽和状態に着磁させるためである。波形プロッターにより磁石を検査するとき、磁石表面の磁束密度と磁極の波形図が得られる。通常、要求される磁束密度は２１００〜２３００ ガウス、波形は正弦波 (Ｓｉｎｅ− Ｗａｖｅ)を指定する。
【００４６】
さらに、磁気エネルギーは磁束機で測定する。また、磁束機を使用する前に、捜索コイル(Ｓｅａｒｃｈ−Ｃｏｉｌ)を使用し、ヨーク上に線を巻く、磁石をヨークに取り付ける。磁石より発生する磁力線とコイル捲線を垂直させ、垂直移動により、切開磁力線を形成する。このとき、指針移動の程度は、磁束ヨーク(Ｓｅａｒｃｈ−Ｃｏｉｌ)より発生する誘導電圧により決定される。磁束機の移動量は計器に表示させることにより、総磁気エネルギー合計数(Ｔｏｔａｌ Ｆｌｕｘ)を知ることができる。これは公知技術のため、ここでの説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】公知技術の自転車内部回転式ダイナモの構造概略図である。
【図２】公知技術の自転車外部回転式ダイナモの構造概略図である。
【図３】公知技術の自転車ダイナモの半月形磁石を環状に組み立てた概略図である。
【図４】本考案の生産流れの概略図である。
【図５】本考案の金型概略図である。
【図６】本考案の金型棒の立面図である。
【図７】本考案の磁粉プレスおよび配列成型後の環状金型立面図である。
【図８】本考案焼結後の環状金型概略図である。
【図９】本考案の環状鉄酸化体異方向内径配列磁石の磁力線回路概略図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  中型
２０、３０  上・下型
４０  金型棒
４２  導電コイル
６０  環状胚子
６２  外部磁気伝導層
１１  収納空間
２１、３１  貫通孔
４１  ヨーク
５０  磁粉
６１  内部配列層
７０  環状焼結磁気体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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